本发明专利技术涉及一种在样品池中通过光泵激第一类碱金属的原子和由光泵激的该碱金属的电子到锂原子的电子的自旋交换而超极化锂原子的方法。该锂原子有利地被氧化成Ｌｉ↑［＋］离子并累积。可将Ｌｉ↑［＋］离子的核自旋极化转移到阴离子的核自旋上。本发明专利技术还涉及一种制备核自旋极化的物质的一般方法。按该方法，通过在样品池中光泵激第一类碱金属的原子和由光泵激的该碱金属的电子到锂原子的电子的自旋交换而超极化锂原子。然后将锂原子氧化成Ｌｉ↑［＋］离子。最后将该Ｌｉ↑［＋］离子的核自旋极化转移到阴离子的另一核上。以此方法制备超极化的核，如大量的和高极化度的在固相或液相中的［１３］↑Ｃ、［３１］↑Ｐ或［２９］↑Ｓｉ。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂和其它原子核的超极化本专利技术涉及锂及特征在于长的纵向T\弛豫时间的其它原子核自旋 如13C、 29Si、 31P的超极化。使用极化惰性气体的磁共振断层照相术(MRT)及磁共振谱学(NMR) 的新近进展在医学、物理学和材料科学中获得大量应用。惰性气体原 子核的极化可通过借助于碱金属原子的光泵激实现，如可参看Happer 等人，Phys. Rev. A， 29, 3092 (1984)。术语光泵激包括Kastler研发的方法，即与平tf态相比，通过光 入射到物质中可大大增加某些能态的占有数。通过光泵激可改变原 子、离子、分子和固体中的能级的相对占有数，并产生有序状态。光 泵激状态的占有密度明显偏离按玻耳兹曼分布的热占有机率。通过塞 曼能级的光泵激例如可达到原子的电子或核的》兹矩的平行构型。通常在实际中在有惰性气体氦和氮的存在下应用碱金属原子铷。 已知这样例如达到约20%的129Xe的核自旋极化。在1 T和300 K情 况下，这种核自旋极化比临床的磁共振断层照相法中的平衡极化大大 约100000倍。由此产生的信噪比的大大提高表明，为何可预计其在 医学、科学和技术中将来会有新的应用可能性。极化是指原子核、电子或光子的自旋的取向(排序)程度。例如100% 极化意指全部的核或电子以相同方式取向。磁矩与核或电子的极化相 关联。核自旋或电子自旋的极化度大于在给定》兹场中室温下的热极化度 时，该极化度称为超极化。超极化的惰性气体可用作造影剂或用于NMR光谱中。例如使人 吸入超极化的129Xe或将其注射入人体中。10-15秒钟后，极化的氛 聚集在脑中。借助于磁共振断层照相术测定该惰性气体在脑中的分 布。其结果用于进一步分析。惰性气体的选择分别取决于应用情况。129Xe具有大的化学位移。 如果将氱例如吸附在表面上，则其共振频率会有明显变化。此外，氤 还溶于亲脂液体中。如需这类特性就使用氛。惰性气体氦几乎不溶于液体中。因此如果涉及空腔，通常应用同位素^e。人类的肺是这类空腔的实例。一些惰性气体还具有上述外的另 一些有价值的特性。如同位素83Kr、 21Ne和131Xe是四极矩的，其例如对基础研究或表面物理研究中 的实验是有利的。但这些惰性气体是昂贵的，以致需大量应用时是不 适用的。由Driehuys等人的文献(Appl. Phys. Lett. (1996), 69， 1668)已知，在极化器中以下列方式极化惰性气体。从气源开始将由129Xe 、 4He和N2的混合物组成的气流浓集在含Rb 蒸气的Rb容器中，并通过泵室输送。借助于激光器产生环形的极化 光，即在此光下光子的角动量或自旋均为同一方向的光。在泵室中Rb 原子以可泵激的形态一皮激光辐射(入- 795 nm， Rb Dl线)以l^人向于不兹 场的方向光泵激，并从而极化Rb原子的电子自旋。这时将光子的角 动量转移到碱金属原子的自由电子上。由此使碱金属原子的电子自旋 大大偏移热平衡。所以该碱金属原子被极化。通过碱金属原子与惰性 气体原子的碰撞将碱金属原子的电子自旋的极化转移到惰性气体原子 上。这样就产生了核自旋极化的惰性气体。即，通过碱金属原子的光 泵激所产生的碱金属原子的电子自旋的极化通过碱金属电子的自旋交 换被转移到惰性气体的核自旋上，如Bouchiat对Rb/3He体系首次所 指出的。由WO 99/08766已知，除第 一种可光泵激的碱金属外还可使用辅 助碱金属作为第二种可极化的物质。光泵激的碱金属物质将电子自旋 极化转移到辅助碱金属物质上，由此更有效和更快速地将碱金属极化 转移到惰性气体核如3He上。使用碱金属原子，因为其具有大的与光相互作用的光偶极矩。此 外，碱金属原子分别具有自由电子，以致在每个原子的两个和多个电 子之间不会出现有害的相互作用。铯也是一种很适用的石咸金属原子，为实现上述效应其优于铷。但 是，如对借助于铯来极化氙所需的具有合适光Cs波长和足够高功率 的激光器，与相应的用于Rb的激光器相比却很少市售。为能在应用宽带的高功率半导体激光器时利用尽可能多的光子， 在光泵激惰性气体时在几个大气压下操作。根据待极化的惰性气体种 类的不同，碱金属原子的光泵激是不同的。为极化129Xe,使在约7-10 bar压力下的气体混合物连续或半连 续流过筒形玻璃池。该气体混合物由94%的4He、 5%的氮和1%的氙 组成。该气体混合物的典型流速为1 cm/秒。超极化的核自旋和电子自旋依其环境或多或少快速弛豫。可区分 为纵向T^弛豫时间(筒称1\时间)即所谓的相邻自旋的自旋-晶格弛豫 和横向丁2弛豫时间即所谓的自旋-自旋弛豫。在^e极化情况下，在极化器中的所需压力是由^e本身产生的， 因为Rb-3He碰撞的电子自旋弛豫率小。而在Rb-I29Xe的自旋交换泵 激情况下则并非如此，因此压力是通过附加的缓冲气体如"He产生的。 由不同的弛豫率和自旋交换率产生不同的极化要求。在3He情况下，核自S走才及化的建立时间以小时计。但因为4如」He 碰撞的铷自旋破坏率也较小，所以可在高We压下(〉5 bar)操作。相反，对于129Xe,由于较大的自旋交换作用截面，其核自旋极化 建立时间为20 - 40秒。由于在光自旋交换泵激时铷-氙碰撞的非常大 的铷电子自旋弛豫率，氙分压只能小于100 mbar，由此可保持足够高 的铷极化。因此在这种极化器中可使用"He作为缓冲气体进行线展宽。极化器可设计成流动极化器如用于极化129He,或设计成适于如3He 的具有封闭式样品池的极化器。在流动式极化器中，气体混合物首先流过后面称为"贮备容器" 的容器，在该容器中存在有一定量的Rb。其中存在有铷的贮备容器与 接连的玻璃池一起经加热到约100 - 170°C。通过提供该温度^f吏铷气 化。在气相中，气化的铷原子的浓度由贮备容器中的温度确定。该气 流将气化的铷原子从贮备容器转移进例如筒形样品池中。呈连续运行 的功率约为50 - 100瓦的提供环形极化光的强功率激光以轴向即在流 动方向上射透样品池，并将铷原子光泵激到高极化状态。该激光的波 长需与铷原子的光吸收线(D1线)相匹配。换句话说，为将光的极化最佳转移到碱金属原子，该光的频率需 与光学跃迁的共振频率相一致。该样品池处于约10高斯的静态^磁场B。中，该;兹场由线圈，特别是所谓的玄姆霍兹线圏对产生。该磁场的方向平行于样品池的筒轴或 平行于激光的辐射方向。该磁场用于导向极化的原子。通过激光器的 光以光高极化的铷原子在玻璃池中特别是与Xe原子碰撞，并将其极化传递给氛原子。由于铷的熔点比其余气体的熔点高，这就使铷在样品池的出口处 淀积在壁上。极化的氙或残余气体混合物继续乂人样品池导入冷冻部件 中。该冷冻部件由玻璃烧并瓦制成，其端部浸在液氮中。该玻璃烧并瓦还置于> 1000高斯强度的^f兹场中。高极化的氙气作为水淀积在冷冻部件的内玻璃壁上。在整个装置中的流动速度可经针形阀控制，并用测量仪测定。 如果流动速度增加太快，则没有时间将极化从铷原子转移到氙原 子上。因此仅达小的极化。如果流动速度太低，则要耗费太多时间来使所需量的高极化氙冷冻。由于在Xe冰中的弛豫，氙原子的极化重 新下降。该氙原子的弛豫会通过冷冻以及通过该冷冻部件经受的强》兹 场而明显减慢本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在样品池中通过光泵激而超极化混合物中的锂原子的方法，其特征在于，光泵激第一类碱金属的原子和由该碱金属的经光泵激的电子到锂原子的电子的自旋交换。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：S阿佩尔特，W哈辛，U西林，H库恩，
申请(专利权)人：于利奇研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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